DE19731944A1 - Charge-carrier lifetimes determining circuit for semiconductor wafer - Google Patents

Charge-carrier lifetimes determining circuit for semiconductor wafer

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Abstract

The test device comprises a semiconductor substrate (W) with two upper layers for determining charge carrier lifetime within the substrate. Within the substrate are an N-type conducting layer (Ba) with relatively low impurities and a second N-type conducting layer (Bu) with a higher impurity level, together forming the upper, N-type conducting layer. A third, P-type, conducting layer forms the second main layer. An electrode region (C) has a relatively high impurity level is placed in the top surface of the first layer (Ba). The test element group has a cathode region and function region and the areas of the cathode region to the function region are in ratio between 1/1750000 and 1/4500.

Description

Die Erfindung betrifft eine Testelementgruppe zur Lebensdauerauswertung von Ladungsträgern in einem Halbleitersubstrat.The invention relates to a test element group for Lifetime evaluation of load carriers in one Semiconductor substrate.

Lebensdauerwerte von Ladungsträgern wie Elektronen oder Löcher bilden ein wichtiges Kriterium bezüglich der verschiedenen Kennlinien und Eigenschaften von Halbleitereinrichtungen, insbesondere von Leistungshalbleitern. Bekanntermaßen werden für eine Lebensdauerauswertung gesonderte Halbleiterscheiben (wafer) neben den Halbleiterscheiben für die Produktion hergestellt, womit eine Lebensdauerauswertung durchgeführt wird.Lifetime values of charge carriers such as electrons or holes form an important criterion regarding the different Characteristic curves and properties of semiconductor devices, especially of power semiconductors. As is known for a lifetime evaluation of separate semiconductor wafers besides the semiconductor wafers manufactured for production, with which a lifetime evaluation is carried out.

Fig. 29 zeigt eine Draufsicht auf eine Halbleiterscheibe W mit Testelementgruppen (test element groups TEG) gemäß dem Stand der Technik. In Fig. 29 ist eine Vielzahl von auf der Halbleiterscheibe W ausgebildeten Testelementgruppen TEG gezeigt. Fig. 29 shows a plan view of a semiconductor wafer W with test element group (TEG test element groups) according to the prior art. A large number of test element groups TEG formed on the semiconductor wafer W are shown in FIG. 29.

Fig. 30 zeigt eine Schnittansicht der in Fig. 29 gezeigten Testelementgruppe TEG. Die Testelementgruppen entsprechen Dioden bestehend aus einem Kathodenbereich C mit einer Dotierung N⁺, einer Basisschicht Ba mit N⁻ und einem Anodenbereich A mit P⁺, die jeweils übereinander angeordnet sind. FIG. 30 shows a sectional view of the test element group TEG shown in FIG. 29. The test element groups correspond to diodes consisting of a cathode region C with a doping N⁺, a base layer Ba with N⁻ and an anode region A with P⁺, which are each arranged one above the other.

Bei dem bekannten Verfahren wird der Ladungsträgerlebensdauerwert ausgewertet durch Beobachten der Änderung des in einer Diode gemäß Fig. 30 fließenden Stroms in zeitlicher Abfolge. Fig. 31 zeigt schematisch eine Schaltungsanordnung gemäß dem bekannten Auswertungsverfahren. Eine Testelementgruppe TEG ist als Diode dargestellt und ein Lastwiderstand ist in Reihe mit einer Pulsleistungsquelle PS verbunden, die eine pulsierende Welle (pulsierende Spannung) bereitstellen. Eine Messung von Unterschieden in der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Lastwiderstands mittels eines Oszilloskops Os ergibt den in der Diode fließenden Strom, wodurch in zeitlicher Abfolge eine Änderung in der Kennlinie der Diode beobachtet werden kann, die sich auf den Ladungsträgerlebensdauerwert bezieht.In the known method, the charge carrier lifetime value is evaluated by observing the change in the current flowing in a diode according to FIG. 30 in chronological order. Fig. 31 shows schematically a circuit arrangement according to the known evaluation method. A test element group TEG is shown as a diode and a load resistor is connected in series with a pulse power source PS, which provide a pulsating wave (pulsating voltage). A measurement of differences in the voltage between the two terminals of the load resistor using an oscilloscope Os gives the current flowing in the diode, as a result of which a change in the characteristic curve of the diode can be observed in chronological order, which relates to the charge carrier lifetime value.

Fig. 32 zeigt eine Schaltungsanordnung, und insbesondere Einzelheiten des Aufbaus der in Fig. 31 gezeigten Schaltung. Ausgangssignale eines Funktionsgenerators FG und die positiven und negativen Anschlüsse der Leistungsversorgungen G1 und G2 werden einer Pulserzeugungsschaltung PGC über Koaxialkabel zugeführt. Die Pulserzeugungsschaltung PGC führt ein unendlich kleines Signal über die Koaxkabel für die Verstärkung auf eine ausreichende Amplitude zu, die als Leistungsquelle erforderlich ist, und gibt dieses an den Ausgangsanschlüssen ab. Ein nicht gezeigter und an einer Halteeinrichtung H befestigter Chip und ein Widerstand R sind in Reihe mit den positiven und negativen Anschlüssen der Pulserzeugungsschaltung PGC befestigt. Eine Prüfnadel PN ist mit beiden Anschlüssen des Widerstands R verbunden zur Erfassung der Spannung, die sodann zur Analyse mittels eines Computers CM dem Oszilloskop Os zugeführt wird. FIG. 32 shows a circuit arrangement, and in particular details of the construction of the circuit shown in FIG. 31. Output signals of a function generator FG and the positive and negative connections of the power supplies G1 and G2 are fed to a pulse generation circuit PGC via coaxial cables. The pulse generation circuit PGC supplies an infinitely small signal via the coax cables for amplification to a sufficient amplitude, which is required as a power source, and outputs this at the output connections. A chip (not shown) attached to a holder H and a resistor R are attached in series with the positive and negative terminals of the pulse generation circuit PGC. A test needle PN is connected to both terminals of the resistor R for detecting the voltage, which is then fed to the oscilloscope Os for analysis by means of a computer CM.

Fig. 33 zeigt einen Signalzeitverlauf eines in der Testelementgruppe in Form einer Diode fließenden Stroms, wie er mittels des Oszilloskops Os zum Anzeige gebracht wird. Die vertikalen und horizontalen Achsen zeigen jeweils den Stromwert und die Zeit. Ändert sich ein vorbestimmter Wert einer Pulsspannung von einem Vorwärtswert zu einem Rückwärtswert zu einer Zeit Ta in der in Fig. 31 gezeigten Schaltung, dann sinkt der Strom auf den kleinsten negativen Wert zu einem Zeitpunkt Tb ab und steigt sodann allmählich bis zum Wert von Null an. Werden 10% des Stromwerts zu einem Zeitpunkt Tc erhalten, wenn der kleinste negative Wert 100% beträgt, dann wird die für eine Verminderung um 90% erforderliche Zeit Tc-Tb als Sperrverzögerungszeit (Erholungszeit) Trr bestimmt. Fig. 33 shows a timing signal of a current flowing in the test element group in the form of a diode current, as it is brought to the display by means of the oscilloscope Os. The vertical and horizontal axes show the current value and the time. When a predetermined value of a pulse voltage changes from a forward value to a backward value at a time Ta in the circuit shown in Fig. 31, the current decreases to the smallest negative value at a time Tb and then gradually increases to zero . If 10% of the current value is obtained at a time Tc when the smallest negative value is 100%, the time Tc-Tb required for a 90% decrease is determined as the blocking delay time (recovery time) Trr.

Die Sperrverzögerungszeit Trr wird durch den Lebensdauerwert der Ladungsträger beeinflußt. Somit ist der Lebensdauerwert der Testelementgruppen durch die Bestimmung der Sperrverzögerungszeit Trr ableitbar. Die Ableitung des Lebensdauerwerts erfordert jedoch nicht nur die Messung der Sperrverzögerungszeit Trr, sondern ebenfalls eine Simulation derselben. Ein Vergleich zwischen Simulationsergebnissen und gemessenen Werten führt zu einer Ableitung des Lebensdauerwerts der Testelementgruppen.The blocking delay time Trr is determined by the lifetime value of the Charge carriers affected. So the lifetime value is the Test element groups by determining the blocking delay time Trr derivable. Deriving the lifetime value requires but not only the measurement of the blocking delay time Trr, but also a simulation of the same. A comparison between simulation results and measured values leads to a derivation of the lifetime value of the test element groups.

Eine Simulation der in den Elektroden der Testelementgruppen herrschenden Stromdichte wird mittels der Lebensdauerwerte τn und τp der jeweiligen Elektronen und Löcher als Parameter durchgeführt. Eine Sperrverzögerungszeit Trr (Sim) wird als Ergebnis der Simulation erhalten, wobei das Bezugszeichen (Sim) angibt, daß es sich bei dem Wert um das Ergebnis einer Simulation handelt. Zur Vereinfachung der Simulation wird angenommen, daß die Lebensdauerwerte τn und τp gleich sind.A simulation of those in the electrodes of the test element groups prevailing current density is determined by means of the service life values τn and τp of the respective electrons and holes as parameters carried out. A lock delay time Trr (Sim) is called Obtain the result of the simulation, the reference symbol (Sim) indicates that the value is the result of a simulation acts. To simplify the simulation, it is assumed that the lifetime values τn and τp are the same.

Fig. 34 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Erhalten des Lebensdauerwerts τ von realen Testelementgruppen TEG. Gemäß der Darstellung in dieser Figur, bei der die vertikalen und horizontalen Achsen jeweils die Sperrverzögerungszeit Trr (Sim) aus der Simulation und den Lebensdauerwert τ bezeichnen, sind die Simulationsergebnisse aufgetragen zur Bildung einer Kennlinie L einer spezifischen Stromdichte. Hierbei wird die durch eine tatsächliche Messung erhaltene Sperrverzögerungszeit Trr bei derselben Stromdichte erhalten, als wenn die Kennlinie L erhalten würde. Der Punkt auf der Kennlinie L bei der Sperrverzögerungszeit Trr ergibt einen Lebensdauerwert (in Fig. 34 mittels eines Pfeils angedeutet), der den Lebensdauerwert τ der in Fig. 29 gezeigten Halbleiterscheibe angibt. Fig. 34 shows a schematic representation of a method for obtaining the lifetime value τ of real test element groups TEG. According to the representation in this figure, in which the vertical and horizontal axes denote the blocking delay time Trr (Sim) from the simulation and the service life value τ, the simulation results are plotted to form a characteristic curve L of a specific current density. Here, the blocking delay time Trr obtained by an actual measurement is obtained at the same current density as if the characteristic curve L were obtained. The point on the characteristic curve L at the blocking delay time Trr results in a service life value (indicated by an arrow in FIG. 34), which indicates the service life value τ of the semiconductor wafer shown in FIG. 29.

Eine gleichartige Messung und Simulation gemäß der vorstehenden Beschreibung mit einer anderen Stromdichte kann die Verläßlichkeit des erhaltenen Lebensdauerwerts τ der Halbleiterscheibe W verbessern.A similar measurement and simulation according to the above Description with a different current density can Reliability of the lifetime value τ obtained Improve semiconductor wafer W.

Da die Auswertung der Lebensdauerwerte durchgeführt wird entsprechend der Ausbildung von Testelementgruppen in einer Auswertungsscheibe (Halbleiterscheibe zur Auswertung), die gemäß der vorstehenden Beschreibung unabhängig von der eigentlichen Produktscheibe ist, kann der Lebensdauerwert der Ladungsträger eines tatsächlich für die Produktion verwendeten Chips nicht ausgewertet werden. Daher wird die Auswertung der Produkte nicht direkt, sondern lediglich indirekt durchgeführt.Because the evaluation of the service life values is carried out according to the formation of test element groups in one Evaluation slice (semiconductor slice for evaluation), which according to the above description regardless of the actual Product disc is, the lifetime value of the load carrier one of the chips actually used for production be evaluated. Therefore, the evaluation of the products is not directly, but only indirectly.

Ferner erfordert das in Fig. 32 gezeigte bekannte Verfahren einen Funktionsgenerator FG, positive und negative Leistungsversorgungsquellen G1 und G2, die Pulserzeugungsschaltung PGC, die Halteeinrichtung H, den Widerstand R, die Prüfnadel PN und das Oszilloskop Os, so daß das Verfahren insgesamt sehr aufwendig ist.Furthermore, the known method shown in FIG. 32 requires a function generator FG, positive and negative power supply sources G1 and G2, the pulse generation circuit PGC, the holding device H, the resistor R, the test needle PN and the oscilloscope Os, so that the method is very complex overall .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Testelementgruppe für eine Lebensdauerauswertung von Ladungsträgern der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß auf einfache Weise eine genaue Bestimmung des Lebensdauerwerts der Ladungsträger gewährleistet ist.The invention is therefore based on the object Test element group for a lifetime evaluation of To design load carriers of the type mentioned at the outset in such a way that a simple determination of the exact Lifetime value of the load carrier is guaranteed.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst mittels eines Testmusterbereichs zur Lebensdauerauswertung, der auf einem Halbleitersubstrat mit einer ersten und zweiten Hauptoberfläche ausgebildet ist, zur Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer in dem Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat umfaßt: eine erste Leitungsschicht einer ersten Leitungsart mit einer relativ niedrigen Störstellenkonzentration, wobei die erste Leitungsschicht die erste Hauptoberfläche bildet, eine zweite Leitungsschicht des ersten Leitungstyps mit einer relativ großen Störstellenkonzentration, und eine dritte Leitungsschicht einer zweiten Leitungsart, die unterschiedlich zur ersten Leitungsart ist, und die zweite Hauptoberfläche bildet, wobei ein Elektrodenbereich mit relativ großer Störstellenkonzentration selektiv in einem Oberflächenbereich der ersten Leitungsschicht auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist.According to the invention, this object is achieved by means of a Test pattern area for life evaluation, which on a Semiconductor substrate with a first and a second main surface is designed to evaluate the charge carrier life in the semiconductor substrate, the semiconductor substrate comprising: a first line layer of a first line type with a relative low impurity concentration, the first  Line layer forms the first main surface, a second Line layer of the first line type with a relatively large one Impurity concentration, and a third line layer one second line type, different from the first line type , and forms the second major surface, where a Electrode area with a relatively large concentration of impurities selectively in a surface area of the first conduction layer is formed on one side of the first main surface.

Die Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß gelöst durch einen Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung, der auf einem Halbleitersubstrat mit einer ersten und zweiten Hauptoberfläche gebildet ist, zur Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer in dem Halbleitersubstrat, wobei eine erste Leitungsschicht eines ersten Leitungstyps und eine zweite Leitungsschicht eines zweiten Leitungstyps, der unterschiedlich zum ersten Leitungstyp ist, jeweils die erste und zweite Hauptoberfläche bilden, und die erste Leitungsschicht umfaßt: einen Elektrodenbereich mit relativ großer Störstellenkonzentration, der in einem Oberflächenbereich auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist, und einen Verbindungsbereich mit einer relativ niedrigen Störstellenkonzentration zur Verbindung des Elektrodenbereichs und der zweiten Leitungsschicht, wobei ein Flächenverhältnis zwischen dem Elektrodenbereich auf der ersten Hauptoberfläche und einem Bereich auf der zweiten Hauptoberfläche, der als Elektrodenbereich dient, derart bestimmt wird, daß die Spannungswerte bei der Simulation der Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer voneinander isoliert werden durch Erhalten von Spannungswerten bei einem Bezugsstromwert für die jeweilige Vielzahl diskreter Werte zur Angabe der Ladungsträgerlebensdauer als Parameter. The object is further achieved according to the invention by a Evaluation pattern area for life evaluation, based on a Semiconductor substrate with a first and a second main surface is formed, for evaluating the charge carrier life in the Semiconductor substrate, wherein a first conduction layer of a first Line type and a second line layer of a second Line type that is different from the first line type each form the first and second main surface, and the first conduction layer comprises: an electrode region with relative large impurity concentration in a surface area is formed on one side of the first main surface, and a connection area with a relatively low Impurity concentration to connect the electrode area and the second conduction layer, an area ratio between the electrode area on the first main surface and an area on the second main surface called Serves electrode area is determined such that the Stress values when simulating the evaluation of the Carrier life can be isolated from each other by Obtaining voltage values at a reference current value for the respective large number of discrete values to indicate the Carrier life as a parameter.  

Vorzugsweise wird erfindungsgemäß der Elektrodenbereich an einer Sollbruchkannte (eingeritzte Linie) des Halbleitersubstrats angeordnet.According to the invention, the electrode region is preferably at one Break line (incised line) of the semiconductor substrate arranged.

Ferner wird vorzugsweise der Elektrodenbereich auf einem Chip ausgebildet, der für eine Auswertung des Halbleitersubstrats vorgesehen ist.Furthermore, the electrode area is preferably on a chip formed for an evaluation of the semiconductor substrate is provided.

Ferner wird vorzugsweise der Elektrodenbereich in einem Chip angeordnet, der zur Verwendung als Produkt vorgesehen ist.Furthermore, the electrode area is preferably in a chip arranged, which is intended for use as a product.

Mittels des erfindungsgemäßen Aufbaus der Testelementgruppe für eine Lebensdauerauswertung der Ladungsträger in einem Halbleitersubstrat ist es möglich, eine direkte Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer des Halbleitersubstrats durchzuführen, wobei das Halbleitersubstrat selbst als Halbleitereinrichtung mit integrierten Elementen dient. Im Vergleich zu dem Aufbau anderer Halbleitersubstrate, die für eine Auswertung vorgesehen sind, ermöglicht der Aufbau gemäß der vorliegenden Erfindung die Durchführung der Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer des Halbleitersubstrats mit großer Genauigkeit, wobei die Verläßlichkeit der Auswertung verbessert wird.By means of the construction of the test element group for a lifetime evaluation of the load carriers in one Semiconductor substrate, it is possible to directly evaluate the To carry out the carrier lifetime of the semiconductor substrate, wherein the semiconductor substrate itself as a semiconductor device integrated elements. Compared to building others Semiconductor substrates that are provided for an evaluation, the construction according to the present invention enables Carrying out the evaluation of the carrier lifetime of the Semiconductor substrate with great accuracy, the Reliability of the evaluation is improved.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Ort der gemessenen Werte der Testelementgruppe auf einfache Weise durch Vergleichen mit den durch die Simulation erhaltenen Werte gefunden werden. Dies verbessert die Genauigkeit und ebenfalls die Verläßlichkeit der Auswertung.According to the present invention, the location of the measured Values of the test element group in a simple way by comparison with the values obtained from the simulation. This improves the accuracy and also the reliability the evaluation.

Ferner kann mit dem erfindungsgemäßen Aufbau die Auswertung der Lebensdauer mit Elektrodenbereichen mit verschiedenen Flächen durchgeführt werden. Dies verbessert weiter die Verläßlichkeit der Auswertung. Furthermore, the evaluation of the Lifetime with electrode areas with different areas be performed. This further improves reliability the evaluation.  

Gemäß dem weiteren Aufbau der vorliegenden Erfindung ist kein Elektrodenbereich in dem Chip angeordnet, der als Produkt vorgesehen ist und tatsächlich als Halbleitereinrichtung auf dem Halbleitersubstrat dient. Daher kann der Einfluß auf den Chip durch die Ausbildung von zusätzlichen Elementen verhindert werden.According to the further structure of the present invention, there is none Electrode area arranged in the chip, which as a product is provided and actually as a semiconductor device on the Semiconductor substrate is used. Therefore, the influence on the chip prevented by the formation of additional elements will.

Ferner kann gemäß der vorliegenden Erfindung die Auswertung der Chips, die für eine Auswertung oder für die Verwendung als Produkt vorgesehen sind, durchgeführt werden, auch wenn das Halbleitersubstrat aufgeteilt (d. h. geritzt und gebrochen) ist. Somit besteht keine Einschränkung auf den Zeitpunkt vor der Aufteilung des Halbleitersubstrats, da die Auswertung zu einem geeigneten Zeitpunkt durchgeführt werden kann. Insbesondere kann in der weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Auswertung durchgeführt werden, nachdem der Chip als Produkt verwendet wurde, so daß der erfindungsgemäße Aufbau somit die Anforderungen für eine Auswertung in zeitlicher Abfolge (Lebensdauer) erfüllt.Furthermore, the evaluation of the Chips that are used for evaluation or for use as Product are intended to be carried out, even if that Semiconductor substrate is divided (i.e. scratched and broken). There is therefore no restriction to the time before Division of the semiconductor substrate, since the evaluation into one suitable time can be carried out. In particular, can in the further embodiment of the invention, the evaluation be performed after the chip is used as a product was, so that the structure of the invention thus the requirements fulfilled for an evaluation in chronological order (service life).

Somit ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung mittels der Testelementgruppen für eine Lebensdauerauswertung möglich, eine direkte Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer bezüglich der für das Produkt vorgesehenen Halbleiterscheibe durchzuführen. Ferner weisen die Testelementgruppen für eine Lebensdauerauswertung einen derartigen Aufbau auf, daß eine verbesserte Genauigkeit bei der Auswertung im Verhältnis zu einem Verfahren zur Vereinfachung der Lebensdauerauswertung möglich ist.It is therefore within the scope of the present invention by means of Test element groups for a lifetime evaluation possible, one direct evaluation of the carrier lifetime with regard to perform the product intended semiconductor wafer. Further assign the test element groups for a lifetime evaluation such a structure that improved accuracy the evaluation in relation to a simplification procedure the lifetime evaluation is possible.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.Advantageous refinements of the Invention marked.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: The invention is described below using exemplary embodiments Reference to the drawings explained in more detail. Show it:  

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Aufbau einer Halbleiterscheibe mit Testelementgruppen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 1 is a plan view of a structure of a semiconductor wafer with test element groups according to a first embodiment,

Fig. 2 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Testelementgruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 2 is a sectional view illustrating the structure of a test element group according to the first embodiment,

Fig. 3 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Halbleiterscheibe mit einer Testelementgruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 3 is a sectional view illustrating the structure of a semiconductor wafer having a test element group according to the first embodiment,

Fig. 4 eine graphische Darstellung eines Profils der Störstellenkonzentration der in Fig. 3 gezeigten Testelementgruppe, Fig. 4 is a graph showing a profile of the impurity concentration of the test element group shown in Fig. 3,

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung eines Aufbaus eines Meßsystems für die Kennlinien der Testelementgruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a measurement system for the characteristics of the test element group according to the first embodiment,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung der Einrichtungen des in Fig. 5 gezeigten Aufbaus, Fig. 6 is a circuit diagram showing the equipment of the assembly shown in Fig. 5,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus der in Fig. 6 gezeigten Halteeinrichtung, Fig. 7 is a perspective view showing the construction of the holding device shown in Fig. 6,

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens zum Erhalten der Kennlinien der Testelementgruppe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 8 is a flowchart for illustrating the method for obtaining the characteristics of the test element group according to the first embodiment,

Fig. 9 eine graphische Darstellung eines Verlaufs der I-V- Kennlinie, Fig. 9 is a graph showing a profile of the IV characteristic,

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Simulationsablaufs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, Fig. 10 is a flow chart showing a simulation process according to the first embodiment,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Schnittaufbaus einer modellierten Testelementgruppe für Simulationen, Fig. 11 is a perspective view showing the sectional structure of a modeled test element group for simulations,

Fig. 12 eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Korrelation zwischen einer realen Testelementgruppe und der modellierten Testelementgruppe gemäß Fig. 11, Fig. 12 is a plan view illustrating the correlation between a real test element group, and the modeled test element group according to Fig. 11,

Fig. 13 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung jeweiliger Ergebnisse, die mittels einer tatsächlichen Messung und durch Simulation erhalten wurden, Fig. 13 is a graph showing respective results obtained by means of an actual measurement and simulation,

Fig. 14 eine Draufsicht zur Veranschaulichung der Anordnung der Chips auf der Halbleiterscheibe, Fig. 14 is a plan view showing the arrangement of the chips on the semiconductor wafer,

Fig. 15 eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus der Testelementgruppen, die an einer geritzten Linie (Sollburchkante) gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel angeordnet sind, Fig. 15 is a plan view showing the construction of the test element groups which are arranged on a scribe line (target Burch edge) according to a second embodiment,

Fig. 16 eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus der in dem für Testzwecke vorgesehenen Chip ausgebildeten Testelementgruppe gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, Fig. 16 is a plan view showing the construction in the space reserved for testing purposes chip formed test element group according to a third embodiment,

Fig. 17 eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus der in dem für Produktzwecke vorgesehenen Chip ausgebildeten Testelementgruppen gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, Fig. 17 is a plan view for illustrating the structure of the formed product in the intended for purposes chip test element groups according to a fourth embodiment,

Fig. 18 eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Vielzahl von Testelementgruppen, die gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel entlang der geritzten Linie ausgebildet sind, Fig. 18 is a plan view showing the structure of a plurality of test element groups, which are formed according to a fifth embodiment taken along the scribed line,

Fig. 19 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus entlang einer Linie XIX-XIX gemäß Fig. 18, Fig. 19 is a sectional view illustrating the structure taken along a line XIX-XIX of FIG. 18,

Fig. 20 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung einer Analyse bezüglich der Testelementgruppen gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 20 is a graph showing an analysis with respect to the test element groups according to the fifth embodiment,

Fig. 21 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung von Ergebnissen, die mittels des bekannten Verfahrens durch Tests der erfindungsgemäßen Testelementgruppen erhalten wurden, Fig. 21 is a graph for illustrating results obtained by the known method by tests of the test element groups according to the invention,

Fig. 22 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Analyse der in Fig. 21 veranschaulichten Ergebnisse, Fig. 22 is a graph showing the analysis of the 21 results illustrated in FIG.

Fig. 23 eine Draufsicht zur Veranschaulichung des Aufbaus mit einer Vielzahl von Testelementgruppen, die sowohl in den jeweiligen für einen Test oder eine Verwendung als Produkt vorgesehenen Chips gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel ausgebildet sind, Fig. 23 is a plan view for illustrating the structure with a plurality of test element groups, which are formed both in the for a test or use as a product intended chip according to the fifth embodiment,

Fig. 24 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Ablaufs zum Erhalten von Kennlinien der Vielzahl von Testelementgruppen gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel, Fig. 24 is a flowchart for illustrating a procedure for obtaining characteristics of the plurality of test element groups according to the fifth embodiment,

Fig. 25 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 25 is a sectional view illustrating the structure according to a sixth embodiment,

Fig. 26 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus einer Testelementgruppe gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 26 is a perspective view showing the construction of a test element group according to the sixth embodiment,

Fig. 27 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Aufbaus gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 27 is a sectional view illustrating the structure according to the sixth embodiment,

Fig. 28 eine perspektivische Darstellung zur Veranschaulichung des Aufbaus gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 28 is a perspective view illustrating the construction according to the sixth embodiment,

Fig. 29 eine Draufsicht zur Veranschaulichung einer Anordnung einer bekannten Testelementgruppe zur Lebensdauerauswertung, Fig. 29 is a plan view illustrating an arrangement of a known test element group for lifetime evaluation,

Fig. 30 eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Aufbaus einer bekannten Testelementgruppe für Lebensdauerauswertung, Fig. 30 is a sectional view showing a structure of a known test element group for lifetime evaluation,

Fig. 31 eine Schaltungsanordnung zur Veranschaulichung des Schaltungsaufbaus für das bekannte Auswerteverfahren, das bei der bekannten Testelementgruppe für eine Lebensdauerauswertung angewendet wird, Fig. 31 is a circuit diagram showing the circuit structure for the known evaluation method, which is used in the known test element group for a life evaluation,

Fig. 32 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung von Einrichtungen des in Fig. 31 gezeigten Schaltungsaufbaus, Fig. 32 is a schematic diagram showing the circuit construction of devices shown in Fig. 31,

Fig. 33 ein Signalzeitverlauf zur Veranschaulichung der Sperrverzögerungszeit Trr, und Fig. 33 is a signal timing for illustrating the reverse recovery time trr and

Fig. 34 eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung des bekannten Verfahrens der Lebensdauerauswertung. Fig. 34 is a schematic diagram to illustrate the known method of the lifetime evaluation.

Erstes AusführungsbeispielFirst embodiment

Das vorliegende Ausführungsbeispiel betrifft Testelementgruppen zur Lebensdauerauswertung, bei denen eine direkte Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer einer für eine Produktverwendung vorgesehenen Halbleiterscheibe möglich ist. Hierbei werden die gleichen Bezugszeichen und Symbole zur Bezeichnung gleicher oder gleichartiger Bauelemente wie bei dem Stand der Technik verwendet.The present exemplary embodiment relates to test element groups for lifetime evaluation, where a direct evaluation of the Load carrier lifespan for one product use  provided semiconductor wafer is possible. Here, the same reference numerals and symbols to designate the same or similar components as in the prior art used.

Fig. 1 zeigt in der Draufsicht den Aufbau einer für die Verwendung als Produkt vorgesehenen Halbleiterscheibe W mit entsprechenden Testelementgruppen TEG. Die Testelementgruppen sind in Form von Quadraten in der in Fig. 1 gezeigten Ebene angeordnet. Die Halbleiterscheibe W umfaßt die bipolaren IG- Transistoren (insulated gate bipolar transistor IGBT) als nicht gezeigte integrierte Elemente. Fig. 1 shows in plan view the structure of an intended for use as a product wafer W with corresponding test element groups TEG. The test element groups are arranged in the form of squares in the plane shown in FIG. 1. The semiconductor wafer W comprises the bipolar IG transistors (insulated gate bipolar transistor IGBT) as integrated elements, not shown.

Fig. 2 zeigt in einer Schnittansicht den Aufbau der in Fig. 1 gezeigten Testelementgruppe. Die Testelementgruppe weist einen Schichtenaufbau auf und entspricht einer Diode. Ferner ist ein Kathodenbereich C mit der Dotierung N⁺ teilweise im Oberflächenbereich des Basisbereichs Ba ausgebildet. FIG. 2 shows the structure of the test element group shown in FIG. 1 in a sectional view. The test element group has a layer structure and corresponds to a diode. Furthermore, a cathode region C with the doping N⁺ is partially formed in the surface region of the base region Ba.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des Aufbaus der Halbleiterscheibe W. Die Halbleiterscheibe W umfaßt einen Bereich mit IGBT-Elementen und in Nachbarschaft zu diesen IGBT-Elementen entsprechende Testelementgruppen. Eine Kathodenelektrode ist im Kathodenbereich C der Testelementgruppe ausgebildet. Eine Kollektorelektrode der IGBT-Elemente ist an der unteren Oberfläche der Halbleiterscheibe W ausgebildet und dient als Anodenelektrode der Testelementgruppe. Gemäß Fig. 3 wird die in Fig. 2 gezeigte Testelementgruppe gleichzeitig ausgebildet, wenn die IGBT-Elemente in der Halbleiterscheibe W ausgebildet werden. Fig. 3 shows a sectional view of the structure of the semiconductor wafer W. The semiconductor wafer W includes an area with IGBT elements and in the vicinity of these IGBT elements corresponding test element groups. A cathode electrode is formed in the cathode area C of the test element group. A collector electrode of the IGBT elements is formed on the lower surface of the semiconductor wafer W and serves as an anode electrode of the test element group. Referring to FIG. 3, the test element group shown in Fig. 2 is formed simultaneously, when the IGBT elements are formed in the semiconductor wafer W.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung der Störstellenkonzentration in der Testelementgruppe bezüglich der Tiefe entsprechend dem in Fig. 3 gezeigten Pfeil. Die vertikale und horizontale Achse bezeichnen jeweils die Störstellenkonzentration C (imp) und die Tiefe D. Als Profil der Störstellenkonzentration C (imp) der Testelementgruppe in dieser Figur entspricht eine durchgezogene Linie dem Fall, daß die Testelementgruppe einen Pufferbereich Bu gemäß Fig. 3 aufweist, und eine als Bezugslinie dienende gestrichelte Linie bezeichnet den Fall, daß die Testelementgruppe keinen Pufferbereich aufweist. FIG. 4 shows a schematic representation of the impurity concentration in the test element group with respect to the depth according to the arrow shown in FIG. 3. The vertical and horizontal axes denote the impurity concentration C (imp) and the depth D. As a profile of the impurity concentration C (imp) of the test element group in this figure, a solid line corresponds to the case that the test element group has a buffer area Bu according to FIG. 3, and a broken line serving as a reference line indicates the case that the test element group has no buffer area.

Gemäß Fig. 4 zeigt das Profil der Störstellenkonzentration der Testelementgruppe ohne Pufferbereich Bu einen symmetrischen Verlauf vom Kathodenbereich C zum Anodenbereich A, der hohe Werte an beiden Enden des Kathoden- und Anodenbereichs C und A und niedrige Werte in einem dazwischenliegenden Bereich aufweist.According to FIG. 4, the profile of the impurity concentration of the test element group shows no buffer area Bu has a symmetrical curve from the cathode region C to the anode region A, the high values on both ends of the cathode and anode region C and A and low values in an intermediate range.

Ferner zeigt das Profil (der Verlauf) der Störstellenkonzentration der Testelementgruppe gemäß Fig. 3 einen unsymmetrischen Verlauf infolge des Vorhandenseins des Pufferbereichs Bu.Furthermore, the profile (the profile) of the impurity concentration of the test element group according to FIG. 3 shows an asymmetrical profile due to the presence of the buffer area Bu.

Zum Abschluß der Beschreibung des Aufbaus der Testelementgruppe wird nun ein Verfahren zur Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer der mit den Testelementgruppen ausgestatteten Halbleiterscheibe gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.At the end of the description of the structure of the test element group is now a procedure for evaluating the Charge carrier lifespan with the test element groups equipped semiconductor wafer according to the present Described embodiment.

Bei dem Auswertungsverfahren werden EIN-Spannungswerte, die durch tatsächliche Messung einer realen Testelementgruppe erhalten werden, und diejenigen, die durch Simulation erhalten werden, jeweils miteinander verglichen. Nachstehend werden zuerst die für die Auswertung erforderlichen Einrichtungen beschrieben. Fig. 5 zeigt eine Schaltungsanordnung der Meßschaltung bezüglich des Auswertungsverfahrens gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Fig. 6 zeigt eine schematische Darstellung der Einrichtungen zur Bildung der in Fig. 5 gezeigten Meßschaltung. In the evaluation method, ON voltage values obtained by actually measuring a real test element group and those obtained by simulation are compared with each other. The facilities required for the evaluation are first described below. Fig. 5 shows a circuit arrangement of the measuring circuit with respect to the evaluation method according to the present embodiment. FIG. 6 shows a schematic illustration of the devices for forming the measuring circuit shown in FIG. 5.

In Fig. 5 sind eine Spannungsquelle 10, ein Strommeßgerät und die Testelementgruppe mit einer Diodenstruktur in Reihe zueinander geschaltet. Ein Signalverlaufsaufnehmer 20 gemäß Fig. 6 stellt eine gewünschte Spannung bereit und zeichnet den Strom auf, und dient damit als Spannungsquelle 10 und als Strommeßgerät gemäß der Darstellung in Fig. 5. An einer Halteeinrichtung H ist ein mit den Testelementgruppen ausgestatteter Chip befestigt.In FIG. 5, a voltage source 10, a current measuring device and the test element group having a diode structure are connected in series to each other. A Signalverlaufsaufnehmer 20 of FIG. 6 represents a desired voltage ready and records the current to, and thus serves as a voltage source 10 and a current meter as shown in Fig. 5. At a holding means H is equipped with the test element groups chip mounted.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung der Einzelheiten des Aufbaus der Halteeinrichtung H mit dem daran angebrachten Chip. Die Halteeinrichtung H umfaßt Ausgabeelektroden 30 und 40, die jeweils mit der Anode und der Kathode der Testelementgruppe verbunden sind. Die Ausgabeelektrode 30 ist mit der Anodenelektrode der Testelementgruppe mittels Druckbonden und die Ausgabeelektrode 40 ist mit der Kathodenelektrode der Testelementgruppe über eine Leitung verbunden. Die Messung der I- V-Kennlinien (Strom-Spannungs-Kennlinien) mittels des Signalverlaufaufnehmers 20 gemäß Fig. 6 wird mit der an der Halteeinrichtung H befestigten Testelementgruppe durchgeführt. Fig. 7 shows a perspective view of the details of the structure of the holding device H with the chip attached to it. The holding device H comprises output electrodes 30 and 40 , which are connected to the anode and the cathode of the test element group, respectively. The output electrode 30 is connected to the anode electrode of the test element group by means of pressure bonding and the output electrode 40 is connected to the cathode electrode of the test element group via a line. The measurement of the I-V characteristic curves (current-voltage characteristic curves) by means of the signal curve pickup 20 according to FIG. 6 is carried out with the test element group attached to the holding device H.

Bei dem jeweiligen Vergleich des Aufbaus der Einrichtungen gemäß den Fig. 6 und 32 ist erkennbar, daß weniger Einrichtungen für das erfindungsgemäße Auswertungsverfahren gemäß Fig. 6 erforderlich sind, als gemäß Fig. 32 bei dem bekannten Auswertungsverfahren benötigt werden. Dies ist möglich, da das bekannte Auswertungsverfahren sich in zeitlicher Abfolge ändernde Kennlinien (dynamische Kennlinien) verarbeitet, während das vorliegende Auswertungsverfahren Kennlinien verarbeitet, die keine Beziehung zu einer zeitlichen Änderung aufweisen (statische Kennlinien), wie es im einzelnen nachstehend noch beschrieben wird. When comparing the structure of the devices according to FIGS. 6 and 32, it can be seen that fewer devices are required for the evaluation method according to the invention according to FIG. 6 than are required according to FIG. 32 in the known evaluation method. This is possible because the known evaluation method processes characteristic curves (dynamic characteristic curves) that change in time sequence, while the present evaluation method processes characteristic curves that have no relation to a change in time (static characteristic curves), as will be described in detail below.

Nachfolgend wird nun ein Ablauf des vorliegenden Auswertungsverfahrens beschrieben. Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Ablaufs zum Erhalten der EIN-Spannungswerte Vf durch tatsächliche Messung von realen Testelementgruppen.A sequence of the present evaluation method is now described below. FIG. 8 shows a flowchart to illustrate the process for obtaining the ON voltage values Vf through actual measurement of real test element groups.

Zuerst nimmt eine Steuerungseinrichtung zur Durchführung der automatischen Messung die Steuerung auf (Schritt SA0). Die Steuerungseinrichtung mißt die Testelementgruppe zur Erzielung des Profils einer I-V-Kennlinie gemäß Fig. 9 (Schritt SA1). Im einzelnen bildet die Steuerungseinrichtung eine Korrelation zwischen den an der Kathodenelektrode und Anodenelektrode der Testelementgruppe angelegten Spannungen, und dem zwischen diesen beiden Elektroden fließenden Strom.First, a controller for performing the automatic measurement takes control (step SA0). The control device measures the test element group in order to achieve the profile of an IV characteristic curve according to FIG. 9 (step SA1). In particular, the control device forms a correlation between the voltages applied to the cathode electrode and anode electrode of the test element group and the current flowing between these two electrodes.

Gemäß Fig. 9 erhält die Steuerungseinrichtung die EIN- spannungswerte Vf bei einem Referenzstromwert I0 auf der Basis des erhaltenen Profils (Kennlinie) (Schritt SA2). Der Referenzstromwert I0 kann mittels eines Benutzers in der Steuerungseinrichtung beliebig eingestellt werden. Die Steuerung endet mit einem Schritt SA3.According to FIG. 9, the control device receives the IN-voltage values Vf at a reference current value I 0 on the basis of the profile (characteristic curve) obtained (step SA2). The reference current value I 0 can be set as desired by a user in the control device. Control ends with a step SA3.

Nachstehend wird nun ein Simulationsablauf beschrieben. Fig. 10 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Simulationsablaufs. Der Ablauf beginnt mit einem Schritt SB0. Ein Benutzer gibt vorbestimmte Bedingungen bezüglich des Aufbaus der Testelementgruppe wie Größe, Störstellenkonzentration in die Simulationseinrichtung gemäß Schritt SB1 ein. In Schritt SB2 stellt der Benutzer eine Vielzahl von Ladungsträgerlebensdauerwerten als Parameter der Simulation ein.A simulation flow will now be described. Fig. 10 shows a flow chart for illustrating the simulation run. The process begins with step SB0. A user enters predetermined conditions regarding the structure of the test element group such as size, impurity concentration in the simulation device according to step SB1. In step SB2, the user sets a plurality of carrier lifetime values as parameters of the simulation.

In Schritt SB3 führt die Simulationseinrichtung eine Simulation der I-V-Kennlinien der Testelementgruppe durch. Im einzelnen wird ein innerer Zustand der Testelementgruppe unter den vorbestimmten Bedingungen für einen der durch den Benutzer eingegebenen Ladungsträgerlebensdauerwerte simuliert. Die Simulation führt zu Verläufen von I-V-Kennlinien (Profile), wie es in Fig. 9 gezeigt ist, die jeweils nur für den verwendeten Lebensdauerwert gelten. In Schritt SB4 wird eine Abfrage durchgeführt, ob sämtliche Simulationen für alle Lebensdauerwerte von Schritt SB2 gemäß Schritt SB3 vollendet sind, d. h. ob die Simulation als Ganzes vollendet ist oder nicht. Ist die Antwort "JA", dann geht der Ablauf zu einem Schritt SB5 über. Ist die Antwort "NEIN", dann kehrt der Ablauf zu dem Schritt SB3 zur weiteren Durchführung für einen der verbleibenden Lebensdauerwerte zurück.In step SB3, the simulation device performs a simulation of the IV characteristics of the test element group. Specifically, an internal state of the test element group is simulated under the predetermined conditions for one of the load carrier life values entered by the user. The simulation leads to courses of IV characteristic curves (profiles), as shown in FIG. 9, which only apply to the lifetime value used. In step SB4, a query is carried out as to whether all simulations for all service life values from step SB2 according to step SB3 have been completed, ie whether the simulation as a whole has been completed or not. If the answer is "YES", the process proceeds to step SB5. If the answer is "NO", then the flow returns to step SB3 for further execution for one of the remaining life values.

In Schritt SB5 werden EIN-Spannungswerte Vf (Sim) entsprechend dem Referenzstromwert I0 in Bezug zu einer Vielzahl von Verläufen der I-V-Kennlinien erhalten, die wiederum für jeweilige Lebensdauerwerte gemäß Schritt SB3 erhalten wurden. Wurden alle EIN-Spannungswerte Vf (Sim) erhalten, dann wird der Ablauf mit Schritt SB6 beendet.In step SB5, ON voltage values Vf (Sim) corresponding to the reference current value I 0 are obtained in relation to a multiplicity of courses of the IV characteristic curves, which in turn were obtained for respective service life values in accordance with step SB3. If all ON voltage values Vf (Sim) have been obtained, the process is ended with step SB6.

Bei der Simulation wird die modellierte Testelementgruppe mit zylindrischem Aufbau gemäß Fig. 11 anstelle einer realen Testelementgruppe, in Form eines Quadrats verwendet. Fig. 12 zeigt in einer Draufsicht die Beziehung zwischen der realen Testelementgruppe und der modellierten Testelementgruppe. Gemäß der Darstellung in dieser Figur ist der Außenrand jeder Komponente der modellierten Testelementgruppe durch einen Kreis innerhalb der jeweils entsprechenden Komponente der realen Testelementgruppe bestimmt. Der Kathodenbereich C der modellierten Testelementgruppe umfaßt beispielsweise einen Außenrand, der tangential und intern zu dem Kathodenbereich C der realen Testelementgruppe angeordnet ist. Umfaßt somit eine Komponente der realen Testelementgruppe ein Quadrat mit einer jeweiligen Seitenlänge von 2r, dann umfaßt die entsprechende Komponente der modellierten Testelementgruppe einen Kreis mit dem Radius r.In the simulation, the modeled test element group with a cylindrical structure according to FIG. 11 is used instead of a real test element group in the form of a square. Fig. 12 shows the relationship between the real test element group, and the modeled test element group in a plan view. As shown in this figure, the outer edge of each component of the modeled test element group is determined by a circle within the corresponding component of the real test element group. The cathode region C of the modeled test element group comprises, for example, an outer edge which is arranged tangentially and internally to the cathode region C of the real test element group. If a component of the real test element group thus comprises a square with a respective side length of 2r, then the corresponding component of the modeled test element group comprises a circle with the radius r.

Die modellierte Testelementgruppe mit zylindrischem Aufbau ist symmetrisch in einem Abschnitt parallel zu ihrer unteren Oberfläche in Bezug auf ihren Mittelpunkt. Daher ist es möglich, eine der Koordinaten in der Simulation zu vermindern, wodurch sich eine schnelle Simulation ergibt. Ferner werden die jeweiligen Lebensdauerwerte τe und τp der Elektronen und Löcher bei der Simulation als gleich angenommen, obwohl die realen Werte derselben unterschiedlich zueinander sind. Ein Fehler infolge dieser Annahme ist jedoch klein und daher vernachlässigbar. Da die EIN-Spannungswerte Vf (Sim) erhalten werden durch Erhalten von Verläufen der I-V-Kennlinien, sind einige Anpassungen erforderlich bezüglich des Unterschieds in der Fläche jeder Komponente zwischen der realen und der modellierten Testelementgruppe gemäß der Darstellung in Fig. 12. Bei der Simulation wird der Stromwert daher durch 4/π in Schritt SB5 gemäß Fig. 10 multipliziert zum Erhalten der EIN-Spannungswerte Vf (Sim). Der Wert 4/π ist abgeleitet von einem Flächenverhältnis 4:π eines Quadrats zu einem innerhalb des Quadrats mit maximaler Größe angeordneten Kreises.The modeled test element group with a cylindrical structure is symmetrical in a section parallel to its lower surface with respect to its center. It is therefore possible to decrease one of the coordinates in the simulation, which results in a fast simulation. Furthermore, the respective lifetime values τe and τp of the electrons and holes are assumed to be the same in the simulation, although their real values are different from one another. However, an error due to this assumption is small and therefore negligible. Since the ON voltage values Vf (Sim) are obtained by obtaining courses of the IV characteristic curves, some adjustments are necessary with regard to the difference in the area of each component between the real and the modeled test element group, as shown in FIG. 12. In the simulation the current value is therefore multiplied by 4 / π in step SB5 in FIG. 10 to obtain the ON voltage values Vf (Sim). The value 4 / π is derived from an area ratio 4: π of a square to a circle arranged within the square with the maximum size.

Fig. 13 zeigt eine graphische Darstellung von Verläufen (Profilen) der I-V-Kennlinien bezüglich der gemessenen Werte und der Simulationsergebnisse der Testelementgruppen. In der Figur ist der Stromwert der Simulation nach einer Multiplikation mit dem Wert 4/π ausgedruckt. Weiße Kreise bezeichnen die gemessenen Werte der Testelementgruppen und schwarze Symbole wie Kreise und Dreiecke bezeichnen die Simulationsergebnisse für jeweilige Lebensdauerwerte. Die Korrelation zwischen diesen Markierungen und Lebensdauerwerten ist in der Figur angegeben. Die reale Testelementgruppe in dieser Figur umfaßt einen Kathodenbereich in Form eines Quadrats mit der jeweiligen Seitenlänge von 100 µm. FIG. 13 shows a graphical representation of profiles (profiles) of the IV characteristic curves with respect to the measured values and the simulation results of the test element groups. In the figure, the current value of the simulation is printed out after multiplication by the value 4 / π. White circles denote the measured values of the test element groups and black symbols such as circles and triangles denote the simulation results for the respective service life values. The correlation between these markings and lifetime values is shown in the figure. The real test element group in this figure comprises a cathode region in the form of a square with the respective side length of 100 μm.

Es wird nun angenommen, daß der Referenzstromwert I0 den Wert von 6 mA annimmt. Gemäß Fig. 13 kennzeichnen die Schnittpunkte der Verläufe der I-V-Kennlinien und der horizontalen Achse mit dem Stromwert von 6 mA die EIN-Spannungswerte Vf und Vf (Sim). Die Figur zeigt in diesem Punkt, daß die EIN-Spannungswerte Vf, die durch die weißen Kreise angedeutet sind (gemessene Werte) zwischen den EIN-Spannungswerten Vf (Sim) mit einem Lebensdauerwert von 20 µs, angezeigt durch schwarze Quadrate, und denjenigen mit einem Lebensdauerwert von 10 µs, angezeigt durch schwarze Kreise, die beide durch Simulation erhalten wurden, ausgedruckt sind. Somit kann der Ladungsträger-Lebensdauerwert innerhalb der realen Testelementgruppe einem Bereich von 10 bis 20 µs zugeordnet werden.It is now assumed that the reference current value I 0 assumes the value of 6 mA. According to FIG. 13, the intersection points of the courses of the IV characteristic curves and the horizontal axis with the current value of 6 mA identify the ON voltage values Vf and Vf (Sim). The figure shows at this point that the ON voltage values Vf indicated by the white circles (measured values) between the ON voltage values Vf (Sim) with a lifetime value of 20 µs indicated by black squares and those with one Lifetime value of 10 µs, indicated by black circles, both of which were obtained by simulation, are printed out. The charge carrier lifetime value can thus be assigned to a range from 10 to 20 µs within the real test element group.

Ein weiterer detaillierter Vergleich ist ebenfalls möglich. Da beide EIN-Spannungswerte, die mittels der weißen und schwarzen Kreise angegeben sind, jeweils bei 1.2 V und nahe beieinander liegen, kann der Ladungsträger-Lebensdauerwert innerhalb der realen Testelementgruppe zu 10 µs angenommen werden.Another detailed comparison is also possible. There both ON voltage values using the white and black Circles are indicated, each at 1.2 V and close to each other the carrier lifetime value can be within the real test element group can be assumed to be 10 µs.

Zur Klarstellung der nachfolgenden Beschreibung wird eine derartige Schlußfolgerung bezüglich des Lebensdauerwerts durch Vergleichen der EIN-Spannungen nachstehend als "Schlußfolgerung" bezeichnet.To clarify the following description, a such a conclusion regarding the lifetime value Compare the ON voltages below as "conclusion" designated.

Die Verläßlichkeit der mittels des vorstehend angegebenen Verfahrens erhaltenen Lebensdauerwerte kann durch einen Vergleich mit denjenigen Werten, die mittels des bekannten Verfahrens und der erfindungsgemäßen Testelementgruppe erhalten werden, überprüft werden. Das Ergebnis des Vergleichs wird nachstehend unter Bezugnahme auf ein fünftes Ausführungsbeispiel beschrieben. The reliability of the means given above Process life values obtained can be compared with those values which are obtained using the known method and the test element group according to the invention are obtained, be checked. The result of the comparison is shown below described with reference to a fifth embodiment.  

Die Testelementgruppen zur Lebensdauerauswertung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind in einem Halbleitersubstrat angeordnet, das zur Verwendung als Produkt vorgesehen ist. Dies führt zu einer direkten Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer und zu einer hohen Verläßlichkeit der Lebensdauerauswertung. Ferner sind weniger Einrichtungen erforderlich für die Lebensdauerauswertung gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren des ersten Ausführungsbeispiels im Vergleich zu dem bekannten Verfahren.The test element groups for lifetime evaluation according to present embodiment are in a semiconductor substrate arranged, which is intended for use as a product. This leads to a direct evaluation of the carrier lifetime and to a high reliability of the lifetime evaluation. Furthermore, fewer facilities are required for the Lifetime evaluation according to that described above Method of the first embodiment compared to that known methods.

Obwohl lediglich Testelementgruppen in Form eines Quadrats bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel zur Klarstellung der Simulation verwendet wurden, kann jede Form wie Dreiecke und dergleichen bei den Testelementgruppen des vorliegenden Ausführungsbeispiels verwendet werden.Although only test element groups in the form of a square in the example described above to clarify the Any shape such as triangles and simulation can be used the like in the test element groups of the present Embodiment can be used.

Zweites AusführungsbeispielSecond embodiment

Die gleichen Komponenten und Elemente entsprechend der vorstehenden Beschreibung werden nachstehend mit den gleichen Symbolen und Bezugszeichen bezeichnet und nicht nochmals erläutert.The same components and elements corresponding to the The above description will be the same below Symbols and reference numerals designated and not again explained.

Fig. 14 zeigt in einer Draufsicht die Halbleiterscheibe W mit den Halbleiterchips CH. Im Rahmen des zweiten Ausführungsbeispiels sind die Testelementgruppen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an einer geritzten Linie (Sägelinie, Sollbruchkante) zwischen den Chips CH ausgebildet. Fig. 15 zeigt in einer vergrößerten Draufsicht einen mit einer gestrichelten Linie bezeichneten Teil von Fig. 14. Zur Vereinfachung der Darstellung werden die Bezugszeichen "CH1" bis "CH4" den jeweiligen Chips (rechts oben beginnend) im Uhrzeigersinn zugeordnet. Fig. 14 shows a plan view of the semiconductor wafer W with the semiconductor chip CH. In the context of the second exemplary embodiment, the test element groups according to the first exemplary embodiment are formed on a scored line (saw line, predetermined breaking edge) between the chips CH. FIG. 15 shows, in an enlarged plan view, a part of FIG. 14 denoted by a broken line . To simplify the illustration, the reference symbols "CH1" to "CH4" are assigned to the respective chips (starting at the top right) in a clockwise direction.

Es ist zu beachten, daß die Ladungsträgerlebensdauerwerte in Abhängigkeit von ihrer Position auf der Halbleiterscheibe W veränderlich sind. Daher ist eine Vielzahl von Testelementgruppen an vielen Stellen angeordnet, so daß eine Schlußfolgerung auf die Lebensdauerwerte in genauerer Weise erfolgen kann. Mittels einer an der oberen Seite in Fig. 15 angeordneten Testelementgruppe können die Ladungsträger-Lebensdauerwerte bezüglich der Chips CH1 und CH4 ermittelt werden. In gleicher Weise kann mittels einer Testelementgruppe an der unteren Seite in Fig. 15 auf die Ladungsträger-Lebensdauerwerte der Chips CH2 und CH3 geschlossen werden.It should be noted that the charge carrier lifetime values are variable depending on their position on the semiconductor wafer W. Therefore, a large number of test element groups are arranged in many places, so that a conclusion can be drawn on the service life values in a more precise manner. The charge carrier lifetime values with respect to the chips CH1 and CH4 can be determined by means of a test element group arranged on the upper side in FIG. 15. In the same way, a charge element group on the lower side in FIG. 15 can be used to infer the charge carrier life values of the chips CH2 and CH3.

Wird die in Fig. 14 gezeigte Halbleiterscheibe W in die entsprechenden Chips CH zur Verwendung als Produkt aufgeteilt, dann verbleibt keine Spur der an der geritzten Linie ausgebildeten Testelementgruppen in den Chips CH. Daher treten bei integrierten Schaltungen keine Einflüsse der Testelementgruppen auf die Verwendung der Chips CH auf. Es ist ferner nicht erforderlich, für die Testelementgruppen innerhalb der Chips CH, die als Produkt vorgesehen sind, eine Fläche zu reservieren.If the semiconductor wafer W shown in FIG. 14 is divided into the corresponding chips CH for use as a product, then no trace of the test element groups formed on the scratched line remains in the chips CH. In the case of integrated circuits, there is therefore no influence of the test element groups on the use of the chips CH. Furthermore, it is not necessary to reserve an area for the test element groups within the chips CH that are intended as a product.

Drittes AusführungsbeispielThird embodiment

Während gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel die Testelementgruppen entlang einer geritzten Linie angeordnet sind, können die Testelementgruppen auch in einem Chip für Testzwecke angeordnet werden. Fig. 16 zeigt in einer Draufsicht die Halbleiterscheibe W mit den in dem Chip für Testzwecke (Testchip) ausgebildeten Testelementgruppen, die als Ersatz für die in Fig. 15 gezeigte Anordnung dient.While according to the second exemplary embodiment the test element groups are arranged along a scratched line, the test element groups can also be arranged in a chip for test purposes. FIG. 16 shows a top view of the semiconductor wafer W with the test element groups formed in the chip for test purposes (test chip), which serves as a replacement for the arrangement shown in FIG. 15.

Ein Chip CH4 gemäß der Darstellung in Fig. 16 wird nicht als Produkt sondern als Testchip für die Chips CH1 bis CH3 verwendet. Mit der Anordnung der Testelementgruppe in dem Chip CH4 für Testzwecke ist es möglich, auf die Ladungsträgerlebensdauer der Chips CH1 bis CH3 zu schließen. In gleicher Weise wie beim zweiten Ausführungsbeispiel treten bei den als Produkt zu verwendenden Chips CH1 bis CH3 keine Spuren der Testelementgruppen auf.A chip CH4 as shown in FIG. 16 is not used as a product but as a test chip for the chips CH1 to CH3. With the arrangement of the test element group in the chip CH4 for test purposes, it is possible to draw conclusions about the charge carrier lifespan of the chips CH1 to CH3. In the same way as in the second exemplary embodiment, no traces of the test element groups occur in the chips CH1 to CH3 to be used as a product.

Ferner verbleibt die Testelementgruppe im Chip CH4, nachdem die Chips CH1 bis CH3 entnommen worden sind. Im Unterschied zu dem Fall des zweiten Ausführungsbeispiels, bei dem die entlang der geritzten Linie angeordneten Testelementgruppen verloren sind, ist es beim dritten Ausführungsbeispiel möglich, eine Auswertung der Lebensdauer auch dann vorzunehmen, nachdem die Chips zu einem Produkt geworden sind.Furthermore, the test element group remains in the chip CH4 after the Chips CH1 to CH3 have been removed. Unlike that Case of the second embodiment, in which the along the scratched line arranged test element groups are lost, in the third exemplary embodiment it is possible to carry out an evaluation of life even after the chips become one Have become a product.

Viertes AusführungsbeispielFourth embodiment

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Testelementgruppen in dem als Produkt vorgesehenen Chip angeordnet. Fig. 17 zeigt in einer Draufsicht den Aufbau eines derartigen Chips, bei dem die Testelementgruppen innerhalb des als Produkt vorgesehenen Chips CH1 angeordnet sind. Die Testelementgruppe ist in einem Bereich mit Ausnahme eines Bereichs RG, der als ein Element dient, angeordnet.In this exemplary embodiment, the test element groups are arranged in the chip provided as the product. Fig. 17 shows a top view of the structure of such a chip in which the test element groups are arranged within the intended product as chips CH1. The test element group is arranged in an area except for an area RG that serves as one element.

Zusätzlich zu einer direkten Auswertung der Ladungsträger- Lebensdauerwerte des Chips CH1, der zur Produktverwendung vorgesehen ist, besteht ein weiterer Vorteil des vorliegenden Ausführungsbeispiels darin, daß die Auswertung zu jedem Zeitpunkt durchgeführt werden kann, unabhängig, ob dieser Zeitpunkt vor oder nach der Aufteilung der Halbleiterscheibe liegt. Die Testelementgruppe kann ebenfalls in den Chips CH2 bis CH4 angeordnet sein. Die jeweiligen Verfahren zur Ausführung der Testelementgruppen gemäß dem zweiten bis vierten Ausführungsbeispiel sind jedoch nicht ausschließlich zu sehen. Es ist beispielsweise möglich, die Testelementgruppen sowohl in dem Chip CH4, der für Testzwecke vorgesehen ist, als auch entlang der geritzten Linie anzuordnen. In addition to a direct evaluation of the charge carrier Lifetime values of the CH1 chip used for product use there is another advantage of the present Embodiment in that the evaluation at any time can be done regardless of whether this time before or after dividing the semiconductor wafer. The Test element group can also be in the chips CH2 to CH4 be arranged. The respective procedures for executing the Test element groups according to the second to fourth However, exemplary embodiments are not to be seen exclusively. It For example, it is possible to use the test element groups in both Chip CH4, which is intended for test purposes, as well as along the to arrange the scratched line.  

Fünftes AusführungsbeispielFifth embodiment

Fig. 18 zeigt in einer Draufsicht den Aufbau einer Vielzahl von Testelementgruppen mit unterschiedlichen Flächen, die entlang einer geritzten Linie angeordnet sind. Fig. 19 zeigt eine Schnittansicht entlang einer Linie XIX-XIX gemäß Fig. 18. Gemäß Fig. 19 ist eine Vielzahl von Kathodenbereichen C zur Bereitstellung der Vielzahl der Testelementgruppen vorgesehen. Fig. 18 shows a top view of the structure of a plurality of test element groups having different areas, which are arranged along a scribed line. FIG. 19 shows a sectional view along a line XIX-XIX according to FIG. 18. According to FIG. 19, a multiplicity of cathode regions C are provided for providing the multiplicity of test element groups.

Die Auswertung auf der Basis der Vielzahl der Testelementgruppen mit unterschiedlichen Flächen bezieht durch die Flächen der Kathodenbereiche C in den Testelementgruppen eine weitere Änderung ein im Vergleich zu der Schlußfolgerung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.The evaluation based on the large number of test element groups with different areas referenced by the areas of the A further cathode regions C in the test element groups Change one compared to the conclusion according to the first Embodiment.

Fig. 20 zeigt eine graphische Darstellung mit der vertikalen Achse zur Angabe der EIN-Spannungswerte Vf und der horizontalen Achse zur Angabe der Länge L bezüglich der Kathodenbereiche C. Die Länge L bezüglich der Kathodenbereiche C entspricht der halben Länge einer Seite eines Quadrats der realen Testelementgruppe, oder dem Radius eines Kreises der modellierten Testelementgruppe. Da eine Fläche proportional zu einem Quadrat der Länge ist, zeigt diese Figur eine Korrelation zwischen den Lebensdauerwerten, den Flächen der Kathodenbereiche C und den EIN-Spannungswerten Vf. Fig. 20 shows a graph with the vertical axis indicating the ON voltage values Vf and the horizontal axis indicating the length L with respect to the cathode regions C. The length L with respect to the cathode regions C corresponds to half the length of one side of a square of the real test element group , or the radius of a circle of the modeled test element group. Since an area is proportional to a square of the length, this figure shows a correlation between the life values, the areas of the cathode areas C and the ON voltage values Vf.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel lag keine Änderung der Fläche der Testelementgruppen bei der Schlußfolgerung vor. Das vorliegende Ausführungsbeispiel umfaßt demgegenüber geänderte Flächen, so daß gemäß der Darstellung in Fig. 20 Daten nicht durch Punkte sondern durch Linien dargestellt sind. Dies verbessert die Verläßlichkeit der Schlußfolgerung im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel. In the first embodiment, there was no change in the area of the test element groups in the conclusion. In contrast, the present exemplary embodiment comprises modified areas, so that, as shown in FIG. 20, data are represented not by points but by lines. This improves the reliability of the conclusion compared to the first embodiment.

Bei der graphischen Darstellung gemäß Fig. 20 liegt der Ladungsträger-Lebensdauerwert der realen Testelementgruppe, angezeigt durch weiße Kreise, sehr nahe bei dem Simulationsergebnis mit dem Ladungsträger-Lebensdauerwert von 10 µs, der durch schwarze Kreise angeordnet ist. Somit kann der Ladungsträger-Lebensdauerwert der realen Testelementgruppe zu etwa 10 µs angenommen werden.In the graph of Fig. 20 is the real test element group of the charge carrier lifetime value, indicated by white circles, very close to the simulation result with the charge carrier lifetime of 10 microseconds, which is arranged by black circles. The charge carrier lifetime value of the real test element group can thus be assumed to be approximately 10 µs.

Die Arbeitsbelastung bei einer Analyse kann vermindert werden durch Anwenden einer Anzeigeeinrichtung zur Eingabe jeweiliger Daten für die reale und die modellierte Testelementgruppe, die durch die Abläufe gemäß den Fig. 8 und 10 jeweils erhalten werden (Lebensdauerwert τ, Länge L und EIN-Spannungswert Vf als Parameter), und zum automatischen Ausdrucken dieser Daten für eine Anzeige gemäß Fig. 20.The workload in an analysis can be reduced by using a display device for inputting respective data for the real and the modeled test element group, which are obtained by the processes according to FIGS . 8 and 10 (service life value τ, length L and ON voltage value Vf as Parameters), and for automatically printing this data for a display according to FIG. 20.

Gemäß der Beschreibung im Rahmen des ersten Ausführungsbeispiels kann der mittels des vorstehend beschriebenen Verfahrens erhaltene Lebensdauerwert überprüft werden durch Vergleiche desselben mit dem Lebensdauerwert, der mittels des bekannten Verfahrens unter Verwendung der erfindungsgemäßen Testelementgruppe erhalten wurde.According to the description in the context of the first embodiment can by means of the method described above obtained lifetime value are checked by comparisons the same with the lifetime value, which by means of the known Process using the invention Test element group was obtained.

Die Fig. 21 und 22 zeigen graphische Darstellungen entsprechend den jeweiligen Fig. 33 und 34. In Fig. 21 bezeichnen die vertikalen Achsen auf der linken und rechten Seite jeweils einen Stromwert I in der Testelementgruppe und eine Stromdichte, und die horizontale Achse bezeichnet die Zeit bezüglich des Anlegens einer Pulsspannung. Bei dieser graphischen Darstellung bezeichnen weiße Kreise Werte der realen Testelementgruppe, bei denen jede Seite eines Quadrats des Emitterbereichs E 100 µm beträgt und schwarze Dreiecke bezeichnen Simulationsergebnisse, bei denen der Lebensdauerwert τ bei 8 µs liegt, zum Erhalten einer Relation gemäß der Darstellung in Fig. 22. Fig. 22 ist eine graphische Darstellung, die erhalten wird durch Bilden von Linien zwischen Simulationsergebnissen für jeden Stromwert bei jedem vorbestimmten Wert des Lastwiderstands. Die vertikale und horizontale Achse zeigt jeweils die Sperrverzögerungszeit Trr und den Lebensdauerwert τ. Die Sperrverzögerungszeit Trr der realen Testelementgruppe kann zu 5.85 µs aus Fig. 21 gelesen werden. In Fig. 22 entsprechen schwarze Quadrate dem Fall, bei dem der Stromwert bei dem vorbestimmten Wert der Pulsspannung ± 10 mA beträgt. Der Lebensdauerwert am Schnittpunkt der zwischen den schwarzen Quadraten und der Sperrverzögerungszeit von 5.85 µs gezogenen Linien beträgt 8 µs. Figs. 21 and 22 show graphs corresponding to Figs. 33 and 34, respectively . In Fig. 21, the vertical axes on the left and right sides indicate a current value I in the test element group and a current density, respectively, and the horizontal axis denotes time regarding the application of a pulse voltage. In this graphic representation, white circles denote values of the real test element group in which each side of a square of the emitter region E is 100 μm and black triangles denote simulation results in which the lifetime value τ is 8 μs for obtaining a relation as shown in FIG. 22. Fig. 22 is a graphical representation obtained by forming lines between simulation results for each current value at every predetermined value of the load resistance. The vertical and horizontal axes each show the blocking delay time Trr and the service life value τ. The blocking delay time Trr of the real test element group can be read at 5.85 μs from FIG. 21. In Fig. 22, black squares correspond to the case where the current value at the predetermined value of the pulse voltage is ± 10 mA. The lifetime value at the intersection of the lines drawn between the black squares and the blocking delay time of 5.85 µs is 8 µs.

Somit betragen jeweils die Lebensdauerwerte, die mittels dem vorliegenden und dem bekannten Verfahren erzielt wurden, 10 µs und 8 µs. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß lediglich Probelebensdauerwerte mittels des bekannten Verfahrens erhalten werden können, ist gewährleistet, daß auf die Lebensdauerwerte mittels des vorliegenden Verfahrens geschlossen werden kann. Fig. 22 zeigt ferner den Fall, bei dem die Stromwerte bei dem vorbestimmten Wert des Lastwiderstands jeweils ± 20 mA und ± 100 mA betragen. Die Sperrverzögerungszeit Trr für die Stromwerte von ± 20 mA und ± 100 mA betragen jeweils 4.17 µs und 2.29 µs.Thus, the lifespan values achieved using the present and the known method are 10 µs and 8 µs. Taking into account the fact that only sample service life values can be obtained using the known method, it is ensured that the service life values can be concluded using the present method. Fig. 22 also shows the case where the current values at the predetermined value of the load resistor are each ± 20 mA to ± 100 mA. The blocking delay time Trr for the current values of ± 20 mA and ± 100 mA is 4.17 µs and 2.29 µs, respectively.

Obwohl gemäß der vorstehenden Beschreibung die Testelementgruppen entlang der geritzten Linie angeordnet sind, ist die Vielzahl der Testelementgruppen nicht nur entlang der geritzten Linie angeordnet. Fig. 23 zeigt in einer Draufsicht den Aufbau einer Vielzahl von Testelementegruppen, von Chips CH1 und CH2, die für Produktzwecke vorgesehen sind, und Chips CH3 und CH4, die zur Auswertung der Chips CH1 und CH2 vorgesehen sind.Although the test element groups are arranged along the scribed line as described above, the plurality of test element groups are not only arranged along the scribed line. Fig. 23 shows a top view of the structure of a plurality of test elements groups of chips CH1 and CH2, which are provided for product purposes, and chips CH3 and CH4, which are provided for the evaluation of the chips CH1 and CH2.

In dem Chip CH1 ist eine Vielzahl von Testelementgruppen mit unterschiedlichen Flächen ausgebildet. Der Chip CH4 umfaßt eine Vielzahl von zufällig verteilten Testelementgruppen. Der Chip CH3 ist nahezu vollständig mit einer Testelementgruppe belegt zur Vergrößerung der Variation der Fläche der Kathodenbereiche C.A large number of test element groups are included in the chip CH1 different areas. The chip CH4 includes one Large number of randomly distributed test element groups. The CH3 chip  is almost completely occupied with a test element group Increasing the variation of the area of the cathode areas C.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Schritt SB7 zu dem Ablauf gemäß Fig. 10 in Folge der Ausbildung der Vielzahl der Testelementgruppen hinzugefügt. Fig. 24 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines Simulationsablaufs einschließlich des Schritts SB7. Der Schritt SB7 ist zwischen die Schritte SB4 und SB5 gemäß Fig. 10 zur Überprüfung eingefügt, ob die Simulation für alle Flächen der Testelementgruppen durchgeführt wurde. Ergibt die Antwort in Schritt SB7 "JA", dann geht der Ablauf als nächstes zu dem Schritt SB5 über. Ist hingegen die Antwort "NEIN", dann kehrt der Ablauf zu Schritt SB3 zurück zur Durchführung einer Simulation der verbleibenden Flächen der Testelementgruppen. Bezüglich des in Fig. 8 gezeigten Ablaufs ist für jede Fläche die Verarbeitung der Schritte SA0 bis SA3 erforderlich.In this embodiment, step SB7 is added to the flow of FIG. 10 due to the formation of the plurality of test element groups. Fig. 24 is a flow chart showing a simulation process including the step SB7. Step SB7 is inserted between steps SB4 and SB5 according to FIG. 10 to check whether the simulation was carried out for all areas of the test element groups. If the answer in step SB7 is "YES", the flow next goes to step SB5. On the other hand, if the answer is "NO", then the process returns to step SB3 to carry out a simulation of the remaining areas of the test element groups. With respect to the flow shown in Fig. 8, the processing of steps SA0 to SA3 is required for each area.

Die Ausbildung der Vielzahl der Testelementgruppen mit den Kathodenbereichen C in unterschiedlichen Flächen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verbessert die Verläßlichkeit der Ladungsträger-Lebensdauerauswertung.Training the multitude of test element groups with the Cathode areas C in different areas according to the The present exemplary embodiment improves the reliability the load carrier lifetime evaluation.

Sechstes AusführungsbeispielSixth embodiment

Unter Bezugnahme auf Fig. 20 werden die EIN-Spannungswerte Vf in der Simulation für jeden Lebensdauerwert voneinander isoliert, da die Fläche (Länge) des Kathodenbereichs C kleiner ist. Ist andererseits die Fläche des Kathodenbereichs C groß, und ist beispielsweise die Länge L etwa 3×103 µm, dann liegen die Simulationsergebnisse nahe beieinander.Referring to Fig. 20, the ON voltage values Vf are isolated from each other in the simulation for each lifetime value because the area (length) of the cathode area C is smaller. On the other hand, if the area of the cathode region C is large, and for example the length L is about 3 × 10 3 μm, then the simulation results are close to each other.

Liegen die Simulationsergebnisse nahe beieinander und ist der gemessene Wert der realen Testelementgruppe zwischen diesen Simulationsergebnissen angeordnet, dann ist es schwierig, herauszufinden, welches Ergebnis nahe bei dem gemessenen Wert liegt. Es ist jedoch sehr einfach, wenn die Simulationsergebnisse jeweils voneinander isoliert sind. Es ist daher wünschenswert, die Flächen der Kathodenbereiche C klein vorzusehen, so daß die Simulationsergebnisse jeweils voneinander isoliert sind. Hierbei bedeutet die Aussage "Die Fläche des Kathodenbereichs C ist klein", daß der Kathodenbereich C klein ist im Vergleich zum Anodenbereich A. Es wird nachstehend noch beschreiben, wie die Abmessungen des Kathodenbereichs C einzustellen sind, zur Verminderung eines Flächenverhältnisses zwischen der Fläche des Kathodenbereichs und derjenigen des Anodenbereichs A. Zur Beschreibung eines Flächenverhältnisses ist es erforderlich, daß eine Standardfläche zur Klarstellung bestimmt werden muß. Daher wird die Fläche der Komponenten auf der Halbleiterscheibe zuerst beschrieben.Are the simulation results close to each other and is the measured value of the real test element group between them Simulation results arranged, then it is difficult  find out which result is close to the measured value lies. However, it is very easy if the simulation results are isolated from each other. It is therefore desirable to provide the areas of the cathode regions C small, so that the Simulation results are isolated from each other. Here means the statement "The area of the cathode region C is small "that the cathode area C is small compared to the Anode area A. It will be described below how the Dimensions of the cathode area C are to be set Reduction of an area ratio between the area of the Cathode area and that of the anode area A. Zur Description of an area ratio requires that a standard area must be determined for clarification. Therefore is the area of the components on the wafer first described.

Fig. 25 zeigt in einer Schnittansicht die Halbleiterscheibe W mittels einer strichpunktierten Linie und den von der Halbleiterscheibe W getrennten Chip CH mit einer ausgezogenen Linie. Wie es aus der Figur erkennbar ist, ändert sich die Fläche des Anodenbereichs A zur Bildung eines Paars mit dem Kathodenbereich C von einem Zustand vor zu einem Zustand nach der Aufteilung, wenn der Chip CH von der Halbleiterscheibe W getrennt wird. Es ist daher wichtig, jeweilige Flächen klar zu definieren als einen Kathoden- und Anodenbereich C und A zur Bildung eines zusammengehörigen Paars. Fig. 25 shows a sectional view of the semiconductor wafer W by means of a dash-dotted line and separated from the semiconductor wafer W chip CH with a solid line. As can be seen from the figure, when the chip CH is separated from the semiconductor wafer W, the area of the anode region A to form a pair with the cathode region C changes from a state before to a state after the division. It is therefore important to clearly define respective areas as a cathode and anode area C and A to form a pair that belongs together.

Gemäß der Darstellung in Fig. 26 umfassen sowohl der Kathoden- als auch der Anodenbereich C und A im Chip CH sechs Oberflächen einschließlich der oberen und unteren Oberflächen und der Seitenflächen. Die Fläche des Kathodenbereichs C wird als Fläche angesehen, die der oberen Oberfläche des diese Oberflächen aufweisenden Chips CH bildet. In gleicher Weise wird der Anodenbereich A als eine Fläche angesehen, die die untere Fläche des die sechs Oberflächen aufweisenden Chips CH bildet.As shown in FIG. 26, both the cathode and anode regions C and A in the chip CH comprise six surfaces including the top and bottom surfaces and the side surfaces. The area of the cathode region C is regarded as the area which forms the upper surface of the chip CH having these surfaces. In the same way, the anode region A is regarded as a surface which forms the lower surface of the chip CH having the six surfaces.

Fig. 27 zeigt eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Ausmaßes, in welchem der Anodenbereich A einem Kathodenbereich C entspricht. Der Schnittpunkt der Mittellinie, die die Mitte des Kathodenbereichs C und den Anodenbereich A durchläuft, zeigt an, daß eine Fläche 5h fünfmal so lang wie die Höhe h der Halbleiterscheibe W (Chip CH) im Anodenbereich A (mit einer Breite von 10h einschließlich der rechten und linken Seiten) ein Paar mit dem Kathodenbereich C bildet. Die Fläche innerhalb dieses Bereichs dient tatsächlich als Anodenbereich für den Kathodenbereich C, und der Strom fließt vom Anodenbereich A zum Kathodenbereich C, wie es in der Figur mittels der Pfeile dargestellt ist. Fig. 27 is a sectional view for illustrating the extent to which the anode area A a cathode region C corresponds. The intersection of the center line, which passes through the center of the cathode region C and the anode region A, indicates that an area 5h five times as long as the height h of the semiconductor wafer W (chip CH) in the anode region A (with a width of 10h including the right one) and left sides) forms a pair with the cathode region C. The area within this area actually serves as the anode area for the cathode area C, and the current flows from the anode area A to the cathode area C, as shown by the arrows in the figure.

Die tatsächlich als Anodenbereich A dienende Fläche wird nachstehend als Funktionsbereich WT bezeichnet. Ferner wird auf das Verhältnis der Flächen zwischen dem Emitterbereich E und dem Funktionsbereich WT als ein Flächenbereich Ra (eine Fläche des Kathodenbereichs C zu derjenigen des Funktionsbereichs WT) Bezug genommen. Fig. 28 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kathodenbereichs C und des Funktionsbereichs WT.The area actually serving as anode area A is referred to below as functional area WT. Furthermore, the ratio of the areas between the emitter area E and the functional area WT is referred to as an area Ra (an area of the cathode area C to that of the functional area WT). Fig. 28 shows a perspective view of the cathode region C and the functional area WT.

Nachstehend wird nun beschrieben, wie die Fläche des Kathodenbereichs C klein eingestellt wird, so daß die Simultionsergebnisse in der vorstehend beschriebenen Weise jeweils voneinander abweichen. Unter Bezugnahme auf Fig. 20 werden die rechts außen liegenden Daten mit der Länge L von etwa 3×103 µm erhalten, wenn das Verhältnis Ra gleich 1 ist. Gemäß der Figur ist ein ausreichender Abstand aufrechterhalten zwischen den jeweiligen Daten des Bereichs der Länge L unterhalb von 102 µm. Da eine Fläche proportional dem Quadrat der Länge ist, ist es ausreichend, den Emitterbereich E in der Weise auszubilden, daß das Flächenverhältnis Ra in einem Bereich von etwa 1/1 750 000 bis 1/4500 liegt.How the area of the cathode region C is made small so that the simulation results differ from each other in the manner described above will now be described. Referring to Fig. 20, when the ratio Ra is 1, the rightmost data with the length L of about 3 × 10 3 µm is obtained. According to the figure, a sufficient distance is maintained between the respective data of the area of length L below 10 2 μm. Since an area is proportional to the square of the length, it is sufficient to form the emitter region E so that the area ratio Ra is in a range of about 1/1 750,000 to 1/4500.

Die Verminderung im Flächenverhältnis ermöglicht es, auf einfache Weise die Korrelation zwischen der tatsächlichen Messung und der Simulation zu überwachen. Ferner wird die Genauigkeit der Auswertung verbessert, wodurch ebenfalls eine Verbesserung der Verläßlichkeit des Ergebnisses erzielt wird.The reduction in the area ratio makes it easy to Way the correlation between the actual measurement and the Monitor simulation. Furthermore, the accuracy of the Evaluation improved, which also improves the Reliability of the result is achieved.

Somit betrifft die Erfindung Testelementgruppen zur Verbesserung der Genauigkeit der Auswertung von Ladungsträger- Lebensdauerwerten. Die Testelementgruppen umfassen einen Basisbereich, der selektiv einen Kathodenbereich in einem Oberflächenteil desselben aufweist, sowie einen Anodenbereich. Der Schnittpunkt einer Mittellinie des Kathodenbereichs und des Anodenbereichs bildet einen Funktionsbereich, der innerhalb einer Spanne von 5h liegt, d. h. dem fünffachen der Höhe h einer Halbleiterscheibe. Der Funktionsbereich bildet ein Paar mit dem Kathodenbereich und dient als gegenwärtiger Anodenbereich für den Kathodenbereich. Da ein Flächenverhältnis des Kathodenbereichs zu dem Funktionsbereich kleiner ist, können EIN-Spannungswerte Vf bezüglich jeweiliger Lebensdauerwerte voneinander isoliert werden. Daher ist der Kathodenbereich in der Weise ausgebildet, daß das Flächenverhältnis der Fläche des Kathodenbereichs zu derjenigen des Funktionsbereichs etwa zwischen 1/1 750 000 und 1/4500 liegt.The invention thus relates to test element groups for improvement the accuracy of the evaluation of Lifetime values. The test element groups include one Base area, which is selectively a cathode area in one Surface part thereof, and an anode area. The intersection of a center line of the cathode area and the Anode area forms a functional area which is within a Span of 5h is d. H. five times the height h one Semiconductor wafer. The functional area forms a pair with the Cathode area and serves as the current anode area for the Cathode area. Since an area ratio of the cathode area too the functional area is smaller, ON voltage values Vf isolated from each other with respect to the respective service life values will. The cathode region is therefore designed in such a way that the area ratio of the area of the cathode area to that of the functional area between about 1/1 750 000 and 1/4500 lies.

Claims (9)

1. Testmusterbereich zur Lebensdauerauswertung, der auf einem Halbleitersubstrat (W, CH) mit einer ersten und zweiten Hauptoberfläche ausgebildet ist, zur Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer in dem Halbleitersubstrat, wobei das Halbleitersubstrat umfaßt:
eine erste Leitungsschicht (Ba) einer ersten Leitungsart (N) mit einer relativ niedrigen Störstellenkonzentration, wobei die erste Leitungsschicht die erste Hauptoberfläche bildet,
eine zweite Leitungsschicht (Bu) des ersten Leitungstyps (N) mit einer relativ großen Störstellenkonzentration, und
eine dritte Leitungsschicht (A) einer zweiten Leitungsart (P), die unterschiedlich zur ersten Leitungsart (N) ist, und die zweite Hauptoberfläche bildet, wobei ein Elektrodenbereich mit relativ großer Störstellenkonzentration selektiv in einem Oberflächenbereich (C) der ersten Leitungsschicht auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist.
1. Test pattern area for evaluating the service life, which is formed on a semiconductor substrate (W, CH) with a first and second main surface, for evaluating the charge carrier life in the semiconductor substrate, the semiconductor substrate comprising:
a first line layer (Ba) of a first line type (N) with a relatively low impurity concentration, the first line layer forming the first main surface,
a second line layer (Bu) of the first line type (N) with a relatively large impurity concentration, and
a third line layer (A) of a second line type (P), which is different from the first line type (N), and forms the second main surface, an electrode region with a relatively large impurity concentration being selectively in a surface region (C) of the first line layer on one side of the is formed first main surface.
2. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung, der auf einem Halbleitersubstrat (W, CH) mit einer ersten und zweiten Hauptoberfläche gebildet ist, zur Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer in dem Halbleitersubstrat,
wobei eine erste Leitungsschicht (Ba, C) eines ersten Leitungstyps und eine zweite Leitungsschicht (A) eines zweiten Leitungstyps, der unterschiedlich zum ersten Leitungstyp ist, jeweils die erste und zweite Hauptoberfläche bilden, und die erste Leitungsschicht umfaßt:
einen Elektrodenbereich (C) mit relativ großer Störstellenkonzentration, der in einem Oberflächenbereich auf einer Seite der ersten Hauptoberfläche ausgebildet ist,
und einen Verbindungsbereich (Ba) mit einer relativ niedrigen Störstellenkonzentration zur Verbindung des Elektrodenbereichs und der zweiten Leitungsschicht,
wobei ein Flächenverhältnis zwischen dem Elektrodenbereich auf der ersten Hauptoberfläche und einem Bereich auf der zweiten Hauptoberfläche, der als Elektrodenbereich dient, derart bestimmt wird, daß die Spannungswerte bei der Simulation der Auswertung der Ladungsträgerlebensdauer voneinander isoliert werden durch Erhalten von Spannungswerten (Vf) bei einem Bezugsstromwert (I0) für die jeweilige Vielzahl diskreter Werte zur Angabe der Ladungsträgerlebensdauer als Parameter.
2. Evaluation pattern area for the service life evaluation, which is formed on a semiconductor substrate (W, CH) with a first and second main surface, for evaluation of the charge carrier service life in the semiconductor substrate,
wherein a first conduction layer (Ba, C) of a first conduction type and a second conduction layer (A) of a second conduction type, which is different from the first conduction type, each form the first and second main surface, and the first conduction layer comprises:
an electrode region (C) with a relatively large impurity concentration, which is formed in a surface region on one side of the first main surface,
and a connection area (Ba) with a relatively low impurity concentration for connecting the electrode area and the second conduction layer,
wherein an area ratio between the electrode area on the first main surface and an area on the second main surface serving as the electrode area is determined such that the voltage values are isolated from each other in simulating the evaluation of the carrier life by obtaining voltage values (Vf) at a reference current value (I 0 ) for the respective large number of discrete values for specifying the charge carrier life as a parameter.
3. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung gemäß Anspruch 2, wobei der Elektrodenbereich (C) eine Vielzahl von Elektrodenbereichen mit unterschiedlichen Flächen aufweist.3. Evaluation pattern area for life evaluation according to Claim 2, wherein the electrode region (C) a plurality of Has electrode areas with different areas. 4. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung nach Anspruch 1, wobei der Elektrodenbereich (C) entlang einer geritzten Linie auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist.4. Evaluation pattern area for life evaluation Claim 1, wherein the electrode region (C) along a scribed line is arranged on the semiconductor substrate. 5. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl der Elektrodenbereiche entlang einer geritzten Linie auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist. 5. Evaluation pattern area for life evaluation Claim 3, wherein the plurality of electrode regions along a scratched line is arranged on the semiconductor substrate.   6. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung nach Anspruch 1, wobei der Elektrodenbereich (C) auf dem Halbleitersubstrat in einem für die Auswertung vorgesehenen Chip angeordnet ist.6. Evaluation pattern area for life evaluation Claim 1, wherein the electrode region (C) on the Semiconductor substrate in a chip provided for the evaluation is arranged. 7. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl der Elektrodenbereiche auf dem Halbleitersubstrat in einem Chip angeordnet sind, der zur Auswertung vorgesehen ist.7. Evaluation pattern area for life evaluation Claim 3, wherein the plurality of electrode areas on the Semiconductor substrate are arranged in a chip, which for Evaluation is provided. 8. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung nach Anspruch 1, wobei der Elektrodenbereich (C) auf dem Halbleitersubstrat in einem Chip angeordnet ist, der zur Verwendung als Produkt vorgesehen ist.8. Evaluation pattern area for life evaluation Claim 1, wherein the electrode region (C) on the Semiconductor substrate is arranged in a chip which for Use as a product is intended. 9. Auswertungsmusterbereich zur Lebensdauerauswertung nach Anspruch 3, wobei die Vielzahl der Elektrodenbereiche auf dem Halbleitersubstrat in einem Chip angeordnet sind, der zur Verwendung als Produkt vorgesehen ist.9. Evaluation pattern area for life evaluation Claim 3, wherein the plurality of electrode areas on the Semiconductor substrate are arranged in a chip, which for Use as a product is intended.
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